[發(fā)明專利]一種引入缺陷的石墨烯與金屬之間潤濕性的預測方法

有效

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• 申請日: 2017-06-24
• 公開（公告）號: CN107341301B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 李多生;李錦錦;周賢良;洪躍;鄒偉
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

1.一種引入缺陷的石墨烯與金屬之間潤濕性的預測方法，其特征在于：所述的預測方法基于第一性原理的密度泛函理論，通過計算引入缺陷的石墨烯與金屬團簇吸附后的吸附能及鍵能和結構的變化，預測不同缺陷的石墨烯與金屬的潤濕性，具體內容為：

一、計算過程

先構建含有不同缺陷類型的石墨烯模型和金屬Al₁₃團簇與Cu₁₃團簇模型，分別將無缺陷石墨烯和含有不同缺陷的石墨烯與金屬團簇結構組合在一起，然后進行結構優(yōu)化，獲得最穩(wěn)定的結構，并進行吸附能、鍵能、結構計算；

所述的缺陷包括空位缺陷，摻雜Ni缺陷，吸附Ni缺陷；

所有計算結果分析要與引入缺陷后石墨烯與金屬之間的實際潤濕性效果作對比驗證，最后確定引入缺陷后對石墨烯與金屬之間的潤濕性的影響，為高性能金屬基石墨烯復合材料的制備和改性提供預測方法，同時確保計算方法的可靠性；

二、模型構建

無缺陷石墨烯結構、引入缺陷的石墨烯結構和金屬Al₁₃團簇或者Cu₁₃團簇結構的模型構建方法：

⑴根據石墨烯是碳原子以SP²雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，其平面結構參數為：每個C原子與周圍相連的3個C原子之間鍵長a₁＝a₂＝a₃＝0.42nm，三個鍵的夾角β₁＝β₂＝β₃＝120°，利用CASTEP計算模塊建立具有平面周期性的二維結構，建立7×7的石墨烯超晶胞模型；

⑵根據實際實驗中引入的缺陷類型分別建立點缺陷，摻雜Ni，吸附Ni的二維平面石墨烯缺陷結構，其中點缺陷石墨烯是將無缺陷石墨烯的超晶胞結構里的一個C原子刪除后結構優(yōu)化得到的結構；摻雜Ni缺陷是將無缺陷石墨烯的超晶胞結構里的一個C原子用Ni原子取代后結構優(yōu)化得到的結構；吸附Ni缺陷是將無缺陷石墨烯的超晶胞結構吸附一個Ni原子后結構優(yōu)化得到的結構；

⑶金屬Al₁₃團簇和Cu₁₃團簇結構分別是以13個Al原子或者13個Cu原子為單元進行結構優(yōu)化后得到的穩(wěn)定結構，Cu-Cu、Al-Al之間的鍵長分別為0.25nm和0.27nm。

2.根據權利要求1所述的一種引入缺陷的石墨烯與金屬之間潤濕性的預測方法，其特征在于：所述的計算過程采用的晶格常數為一致認可的實驗值，電子與電子之間的作用力均采用GGA泛函數進行校正，平面波展開的截斷能取400eV，布里淵區(qū)網格化密度取3×3×1，自洽場中收斂標準1.0×10^-6eV/atom，結構優(yōu)化中作用于原子上的受力小于0.1eV/nm，單原子能量小于5.0×10^-6eV/atom，原子位移變化小于5.0×10^-5nm；

計算過程包括在穩(wěn)定結構下體系的石墨烯與金屬團簇之間的鍵能，穩(wěn)定結構和態(tài)密度，為得到比較穩(wěn)定的精確結果，首先對無缺陷、引入缺陷的石墨烯結構、Al₁₃團簇和Cu₁₃團簇進行幾何結構優(yōu)化，得到準確的參數后，再分別對石墨烯與金屬團簇結合體系進行結構優(yōu)化。

3.根據權利要求1所述的一種引入缺陷的石墨烯與金屬之間潤濕性的預測方法，其特征在于：所述的引入缺陷的石墨烯與金屬團簇吸附后的吸附能及鍵能和結構的變化包括：引入缺陷前后石墨烯與金屬團簇成鍵位置的變化、鍵能的變化、元素價態(tài)的變化及體系態(tài)密度的變化，最后確定引入缺陷前后石墨烯與金屬團簇微觀結構和性質的變化，明確微觀結構性能的變化對潤濕性的影響，為高性能金屬基石墨烯復合材料的制備和改性提供預測方法。